地球深處的微生物

陳重威

最新的發(fā)現(xiàn)表明，在咱們生活的這顆星球上，微生物無處不在，隨遇而安。

南極冰下湖發(fā)現(xiàn)新物種

2013年3月，俄羅斯科學(xué)家完成了對南極東方湖深層鉆探所獲取樣本的最后一次分析，在排除了科學(xué)界所知曉的一切生物后，竟然還存在一種與全球數(shù)據(jù)庫中的一切物種數(shù)據(jù)都不吻合的微生物DNA。這一新生命是未被識別、未被分類的。它不屬于已知的任何一個物種。用俄羅斯科學(xué)家的話說，“這一新生命出現(xiàn)在世界上絕無僅有的無菌湖中。全球找不到第二個這樣的水體或是實驗室，即便是人為因素也無法打造出類似的環(huán)境。”據(jù)介紹，他們將再次啟動南極深層鉆探，“倘若從水中再度獲得類似有機(jī)體，便能斷定我們在地球上找到了其他地方從未發(fā)現(xiàn)過的新生命”。

此前，科學(xué)家曾在格陵蘭冰川下方約3.2千米處的冰層中，發(fā)現(xiàn)了一種細(xì)菌，它們是迄今為止發(fā)現(xiàn)的體積最小的微生物。這種細(xì)菌生有類似尾巴的超長鞭毛，最適合在冰層微小的紋理中移動。一個美國科學(xué)家小組成功地讓這種估計已沉睡了12萬年的細(xì)菌蘇醒了過來。

意義堪比登陸火星

東方湖是南極洲最大的冰下湖，位于俄羅斯南極科考站附近，面積約1.5萬平方千米，深約1200米。它的特殊之處在于，近兩千萬年以來，它與地球大氣層和地表生態(tài)環(huán)境處于完全隔絕的狀態(tài)。早在上世紀(jì)70年代，俄羅斯科學(xué)家便開始在此處進(jìn)行鉆探，但當(dāng)時對于該湖的存在尚一無所知，鉆探只是出于古氣候研究的需要。直至1996年，俄羅斯科學(xué)家與英國同行合作，才發(fā)現(xiàn)了這顆隱匿于南極洲厚重冰層之下多年的淡水明珠。借助無線電以及地震探測，終于明確了東方湖的面積、形狀、上方冰層厚度以及水下地貌及沉積層的情況。

1998年，國際社會曾發(fā)出呼吁，在研發(fā)出對東方湖生態(tài)系統(tǒng)污染最小的設(shè)備之前，最好停止鉆探，相關(guān)工作隨即偃旗息鼓。直至俄羅斯專家破解了這一技術(shù)瓶頸后，才恢復(fù)了深層鉆探。2012年2月，俄羅斯第57次南極科考隊經(jīng)過鉆探，首次成功穿透冰層，直抵湖表。

俄羅斯科學(xué)院認(rèn)為，此次重大發(fā)現(xiàn)的意義堪比登陸火星。畢竟東方湖已經(jīng)與世隔絕兩千萬年之久，此前從未與地球的其他生物圈發(fā)生過任何接觸。學(xué)者們推測，湖中可能存在著選擇了其他進(jìn)化道路的新生物。

地球最深處微生物很活躍

科學(xué)家知道，深海生命通常以下沉的有機(jī)物為生。有機(jī)物在下沉過程中，附著其表面的微生物會令其營養(yǎng)逐漸流失。據(jù)估計，海洋表面生成的有機(jī)物僅有1%～2%的數(shù)量能夠到達(dá)平均深度約3700米的海底。至于有多少能到達(dá)深達(dá)1.1萬米的馬里亞納海溝就不得而知了。為了進(jìn)一步了解深海生命，科學(xué)家利用深海探測器，獲取了采自太平洋中西部馬里亞納海溝最深處的淤泥。他們分析這些海底沉積物的耗氧量，借此評估深海微生物的活躍程度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些來自馬里亞納海溝最深處的沉積物的耗氧量高得驚人；相比另一個6000米深、距馬里亞納海溝60千米的區(qū)域，這里的微生物活躍程度是它的兩倍。

地球的一個大洞

在如此偏遠(yuǎn)荒涼的地方竟能發(fā)現(xiàn)高于周遭的生命活躍跡象，簡直令人不可思議。南丹麥大學(xué)的生物地球化學(xué)專家解釋說，馬里亞納海溝就像地球的一個大洞，是下沉沉積物的一個天然聚集地。類似的情況在其他海溝同樣存在?！昂帽然▓@里有個洞，被風(fēng)吹過來的物質(zhì)自然會落到洞里，慢慢將洞填滿。馬里亞納海溝就是這種情況”。聰明的你一定會問，海底怎么會有風(fēng)呢？丹麥專家指出，馬里亞納海溝處于下潛區(qū)域，也就是構(gòu)成地表的某一板塊沉到了另一板塊下面。這樣的區(qū)域很不穩(wěn)定，地震頻發(fā)，隨之引發(fā)的泥石流會將雜質(zhì)帶到海溝中。

壓力巨大、“暗無天日”的地球最深處居然活躍著數(shù)量驚人的微生物，這一發(fā)現(xiàn)證實了，對于海洋表面的微小植物至關(guān)重要的二氧化碳是可以被“埋”入深海的，這一自然過程有助于緩解地球氣候變化。同時，這一發(fā)現(xiàn)也拓寬了人們對維持生命所必需的條件的認(rèn)識。

“隨遇而安”不在話下

不久前，另一個科研團(tuán)隊在海洋地殼中也發(fā)現(xiàn)了大量活躍的微生物。他們研究的是位于美國西北部洋面約2600米深的海底巖石，這些巖石從海底隆起的高度在350～580米之間。他們發(fā)現(xiàn)，生活在這些巖石中的微生物，賴以生存的是海水和巖石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的能量，而非從海面下沉的有機(jī)物。由此可見，微生物對極端環(huán)境的適應(yīng)能力極強(qiáng)，“隨遇而安”不在話下。

說到微生物“隨遇而安”的本領(lǐng)，值得一提的是那些生活在海底“黑煙囪”周圍，包括微生物在內(nèi)的大量生命。所謂海底“煙囪”其實是海底熱泉活動的殘留物，當(dāng)海底熱泉噴出的富含礦物質(zhì)的熱液與海水混合后，會因沉淀物堆積而形成一個個“煙囪”。因海水的溫度、成分與熱液所含的礦物質(zhì)不同，“煙囪”呈現(xiàn)的顏色也不相同。其中最常見的“黑煙囪”的主體一般為硫化物。

海底“黑煙囪”大多分布在海面以下1000～4000米的地方，在那里，每平方米的面積承受著1000～4000噸的壓力。在那里，終年沒有陽光，不僅缺氧而且富含有毒的硫化物，人們一直認(rèn)為那里應(yīng)該是生命的禁區(qū)。但偏偏就在這些林立的“煙囪”周圍，竟然聚集了大量生物，其中已被發(fā)現(xiàn)的生物種類就達(dá)10個門類500多個種屬。難道那里就是達(dá)爾文曾猜想的誕生地球生命的“原始湯”嗎？雖然還沒有最后結(jié)論，但越來越多的人對此深信不疑。

生與死的極限

從東方湖到馬里亞納海溝，不論是淡水還是海水的極深處都發(fā)現(xiàn)了微生物的存在。好奇的你一定會問，那么在堅固的地殼深處呢？科學(xué)家驚訝地發(fā)現(xiàn)，在那個黑暗王國里居然也生活著大量的微小蠕蟲和“僵尸微生物”，甚至還可能包含著生命起源的新線索。

他們在中國松遼盆地鉆探到地下6千多米的位置時，在巖石中發(fā)現(xiàn)了微生物。他們在南非的一個礦井中發(fā)現(xiàn)了一種獨(dú)一無二的細(xì)菌。它們是一種真正“自力更生”的微生物。相比之下，其他所有已知生物體均需要別的生物提供某些營養(yǎng)物質(zhì)。該礦井位于地下約3.2千米處，完全與世隔絕。這種細(xì)菌利用含鈾巖石產(chǎn)生的放射能作為能量源，從周圍巖石和空氣中獲取所需的所有營養(yǎng)物質(zhì)，并完成新陳代謝過程。它們是已知的唯一一個單種群生態(tài)系統(tǒng)。

科學(xué)家在地下深處發(fā)現(xiàn)的單細(xì)胞微生物包括細(xì)菌和古菌。細(xì)菌需要水和營養(yǎng)素，但不一定需要氧；古菌可以靠氨或硫磺的化合物為生。由于食物極度匱乏，那里的微生物是“僵尸”，即生長非常緩慢，甚至有可能在幾百萬年至幾千萬年的時間里都不進(jìn)行分裂，就好像死了一樣。

其實，“僵尸微生物”在海洋中同樣存在。丹麥科學(xué)家在北太平洋的海底淤泥中，發(fā)現(xiàn)了一個由數(shù)量極端稀少的細(xì)菌和古菌組成的單細(xì)胞微生物群落。這些細(xì)胞在顯微鏡下，幾乎沒有任何生命跡象。但當(dāng)你以葡萄糖和其他養(yǎng)料來款待它們時，它們中的大部分都吸收了很少的一點(diǎn)，這表明它們實際上依然活著。但要完成細(xì)胞分裂產(chǎn)生子細(xì)胞，它們中的每一個都要花費(fèi)數(shù)百甚至上千年的時間來積聚足夠的能量。這意味著，這些細(xì)胞中有一些的年齡可能已有數(shù)千歲甚至還要更老。它們的存在或許有助于人類重新定義生與死的極限。

生命起源的又一種可能

有科學(xué)家因此認(rèn)為，地球上的生命可能起源于地下。那里具備創(chuàng)造生命所需的一切，包括能量、水和富含碳元素的分子。人們可能認(rèn)為地下深處的環(huán)境太極端、太惡劣，但實際上那里完全沒有受到小行星撞擊和火山噴發(fā)的影響，地下深處的巖石是原始生命很好的安全港。而且，由于微生物能夠以“僵尸”的形式，幾乎無限期地在地球巖石中生存，這帶來了一種可能性，即來自火星的巖石有可能為我們的地球播撒了生命的種子。因為火星擁有液態(tài)水的時間早于地球，而火星遭到小行星撞擊后，一些含有“僵尸微生物”的巖屑會飛入太空，最終落入地球。有科學(xué)家因此相信，地球上的所有單細(xì)胞都有可能起源于火星，這并不是瘋狂的科學(xué)幻想。